关于模糊联动萃取技术的几点思考

邓佐国， 徐廷华， 胡建康， 杨凤丽

（1.江西理工大学稀土学院，江西 赣州 341000；2.龙南县和利稀土冶炼有限公司，江西 赣州 341000）

关于模糊联动萃取技术的几点思考

邓佐国1， 徐廷华1， 胡建康2， 杨凤丽1

（1.江西理工大学稀土学院，江西 赣州 341000；2.龙南县和利稀土冶炼有限公司，江西 赣州 341000）

对模糊联动萃取新技术进行了解读，介绍了模糊联动萃取技术的概念、工艺理论基础和基本特征.研究和实践表明，模糊联动萃取新技术，具有节约酸碱，降低成本；分离效果好，产品质量高；节省投资和充槽费等优点，技术经济效果显著.

模糊联动萃取；技术；解读

20世纪70年代，北京大学徐光宪教授提出串级萃取理论，20世纪80年代，实现了用串级萃取理论设计的工艺参数“一步放大”到工业规模生产中，在稀土分离企业广泛推广应用，大大缩短了萃取分离工艺从研究到工业生产的周期，节省了实验研究的人力和物力，使我国稀土萃取分离工艺技术处于国际领先地位.[1]20世纪90年代，针对稀土传统萃取分离工艺存在酸碱耗量大、生产成本高、分离效果欠佳的问题，在串级萃取理论的基础上，进一步对稀土萃取分离工艺进行了系统的优化研究.研究了15个稀土元素之间如何分离切割，使稀土分离过程中，总萃取量S和总洗涤量W尽可能小，萃取器总容积小，以达到节约酸、碱耗量，降低生产成本，节省投资和充槽费的目的.经过研究、探索和实践，胡建康同志提出了“模糊萃取”分离新技术，并在广州珠江稀土冶炼有限公司生产实践中应用.近年来，相关科技工作者主要集中在“针对不同稀土原料的萃取分离工艺流程走向的优化”[2-3]，“模糊联动萃取工艺设计计算方法”等方面进行进一步的研究和完善，并在稀土分离企业推广应用，取得了显著的技术经济效果.

1 模糊联动萃取技术的概念

目前，我国科技界和企业界，有人称为 “模糊萃取”，又有人称为“联动萃取”，还有人称为“预分离增产萃取法”等等，至今没有人进行科学的定义.这几种说法实际上指的是同一种稀土萃取分离新技术和萃取方式.在此建议定名为“模糊联动萃取”技术比较确切.

模糊联动萃取分离的槽体模式如图1所示.

图1中A、B、C根据稀土料液组分和分离工艺要求，可以分别为单一组分或多个组分.如南方离子型中钇富铕矿混合稀土三分组工艺：LaCePrNd/SmEuGdTbDy/HoYErTmYbLu，其中A组分包括Ho、Y、Er、Tm、Yb、Lu；B 组分包括 Sm、Eu、Gd、Tb、Dy；C 组分包括 La、Ce、Pr、Nd.

一个模糊联动萃取分离工艺 （A/B/C）称为一个“模糊联动萃取分离模块”，其中A/C分离段为A/B/C分离模块的第一分离层，B/C和A/B分离段为A/B/C分离模块的第二分离层.

图1 模糊联动萃取分离的槽体模式

（1）A/C分离段.A/C分离段由于有效分离系数大，可采用较少级数进行粗分离，分离指标控制要求：A中无C（或达到工艺要求），C中无A（或达到工艺要求）.至于中间组分B留在水相或萃入有机相各多少无所谓，故有人称为模糊萃取.模糊萃取实质上是一个粗分离，在工艺设计中，为简化起见，可假设B组分留在水相和萃入有机相各占50%，在技术改造中，也可根据原料组成和现有萃取槽体积的大小，确定B组分留在水相或萃入有机相的比例.

（2）B/C和A/B分离段.B/C和A/B分离段为A/B/C分离模块的第二分离层，在A/C粗分离基础上，用较多的级数进行相邻稀土元素的精细分离，以分别获得高纯度、高收率的A、B、C产品.A/C分离段出口的水相直接进入B/C分离段作料液，进行B/C分离；A/C分离段出口的有机相直接进入A/B分离段作有机料液，进行A/B分离.整个A/B/C分离模块的A/C分离，B/C分离，A/B分离联动运行，故有人称为联动萃取.

综上所述，对该新的工艺技术，建议定名为“模糊联动萃取”技术，更符合实际，更为科学准确.

模糊联动萃取工艺中，与洗液、反液共用技术联合运用，其效果更佳.[4]

稀土传统萃取分离工艺中，洗涤段和反萃段是分开的，分别加入酸洗液（Vw）和酸反液（VH）.存在问题是：反萃液A产品出口液中余酸高，不便于萃取分离工艺衔接，或不利于后续产品的处理.为了萃取工艺衔接或后续产品处理，有时需加碱中和余酸，从而增加了酸碱耗量.

在稀土萃取分离工艺中，凡是有反萃段的分馏萃取，均可采用洗液、反液共用技术.所谓洗液、反液共用技术，就是将反萃段和洗涤段打通，不分洗涤段和反萃段，在反萃段有机相出口只加一次酸反液（VH），保证将有机相中稀土反萃完全.加入的酸反液，一部分随A产品排出（VA），另一部分含A组分的溶液进入A/B分离洗涤段作洗液，这就是所谓的洗液、反液共用技术（如图1所示）.

2 模糊联动萃取技术的工艺理论基础

模糊联动萃取技术的工艺理论，仍以徐光宪教授提出的串级萃取理论为基础，只是稀土元素在分离过程中的走向和物料平衡关系发生了变化.因此，在串级萃取理论的基础上，重新建立模糊联动萃取的物料平衡关系式，即可进行模糊联动萃取的工艺设计，并一步放大到工业规模生产中.经过近几年的实践证明，将模糊联动萃取设计的工艺参数一步放大到工业规模生产中是完全可行和可靠的.

3 模糊联动萃取技术的基本特征

（1）降低酸碱消耗和生产成本[5].生产实践证明，模糊联动萃取比传统的稀土萃取工艺可节约酸碱30%以上.①模糊联动萃取分离新工艺，总萃取量S和总洗涤量W比传统的萃取分离工艺小，S小，有机相用量（Vs）小，皂化有机相用的碱量少；W小，酸洗液（Vw）的用量小，则盐酸用量少，达到节约酸碱用量的目的；②模糊联动萃取每一个分离模块第二分离层，A/B分离段和B/C分离段分别少加一次新有机相（节约一次有机相碱皂化）和一次酸洗液，只在A/B分离反萃段有机相出口加酸反液，保证有机相稀土反萃完全.如稀土萃取分离工艺中有n个模糊联动萃取分离模块，则少加n次新有机相，节约n次有机相碱皂化；少加n次新的酸洗液，达到节约酸、碱用量的目的；③在用洗液、反液共用技术时，如适当增加反萃段级数，既可保证有机相稀土反萃完全，又可降低A产品出口的余酸，同时A/B分离段含A组分的洗液余酸得到充分利用，B产品出口液中余酸很低，便于后续工序衔接.即作为下一分离段的料液或产品沉淀料液时，不需进行碱中和调酸度，达到节约酸碱的目的.稀土产品沉淀时，还可降低草酸或碳酸氢铵的单耗.

（2）充分利用稀土元素之间的交换功能，提高分离效果，保证产品质量.由于采用了模糊联动萃取和洗液、反液共用技术，充分利用了稀土元素之间的交换功能，交换次数越多，分离效果越好，各萃取分离段情况如下：

第1，A/B分离段.随着含易萃组分A的洗液向前流动，与含难萃组分B的有机相混合接触，发生交换反应：

有机相中的B组分被水相中的A组分交换到水相，随水相流动方向带到水相出口作为B产品排出，交换到有机相中的A组分，随有机相流动方向带到有机相出口作为A产品排出，交换次数越多，分离效果越好，产品质量越高.

第2，B/C分离段.随着含易萃组分B的洗液向前流动，与含难萃组分C的有机相混合接触，发生交换反应：

水相中的B组分将有机相中的C组分交换到水相，随水相流动方向带到水相出口作为C产品排出，交换到有机相中的B组分，随有机相流动方向带到有机相出口作为B产品排出，交换次数越多，分离效果越好，产品质量越高.

（3）工艺衔接好.①各出口水相稀土浓度高，余酸低，不需要碱中和调酸，直接进入下一分离段进行分离，使下一分离段萃取槽体积减小，节省充槽费和投资；或直接进入后续产品沉淀工序，降低了沉淀稀土时草酸或碳酸氢铵的单耗；②有机相出口稀土浓度比传统萃取分离工艺高60%～70%，使下一分离段有机进料萃取槽体积大大减小，可节省充槽费和投资；或同样的萃取槽体积能大大提高处理能力.

（4）萃取槽体积减小，节省充槽费和投资.稀土模糊联动萃取分离工艺，总萃取量S和总洗涤量W比传统萃取分离工艺小，故萃取槽总容积比传统萃取分离工艺小，减少了有机相和稀土的存槽量，节省了充槽费 （充槽费一般占项目投资的20%～30%），节省了投资.

（5）将传统稀土萃取分离工艺中的三出口工艺全部简化为两出口工艺，主要特点和优势为：

第1，原稀土萃取分离的三出口工艺，两端得纯产品，中间产品为富集物.模糊联动萃取分离将原有三出口工艺全部简化为两出口工艺后，相邻稀土元素之间分离很完全，可同时获得三个高纯度、高收率的纯产品.

第2，模糊联动萃取分离新工艺，消除了原三出口分离工艺中中间组分的影响.在原三出口分离工艺中，当中间组分积累峰达到一定峰值后，如不及时出料，则中间组分将向两端分散，严重时与两端纯产品又混合交叉污染.而且中间组分的峰值高度和位置随条件变化而变化，使中间组分出口位置难以准确掌握，增加了操作控制的难度.传统的三出口萃取分离工艺比较适用于中间组分含量低、价值高、两端组分含量相对较高的三组分之间的分离 （如Sm/Eu/Gd，Gd/Tb/Dy等），而模糊联动萃取分离没有这个限制，适用于任何不同稀土含量组分之间的分离.

第3，简化了工艺设计，易于操作.在两出口萃取分离工艺中，萃取量S与级数和分离效果之间的关系很直观.当S增加，分离效果一定的情况下，级数则减少，反之亦然，非常直观，易找到最佳工艺条件，其工艺设计比三出口萃取分离工艺更简单、更易操作.在三出口萃取分离工艺中，S增加有降低级数的趋势，但同时也影响中间组分的峰值高度和位置变化；影响萃取段和洗涤段的等效分离系数，从而影响分离效果，使工艺设计更加复杂，最佳工艺条件确定比较困难.北京大学严纯华教授研究认为，当S小时，级数随S变化明显，当S超过一定值后，S增加，中间组分积累峰提高，等效分离系数降低，分离效果降低，从而抑制了级数的减少.

第4，在三出口萃取分离工艺中，必须采用大的萃取量S和大的洗涤量W，才能保证中间组分B的峰值形成，从而增加了酸碱耗量和萃取槽的总容积，增加了充槽费和投资.

由此可见，在稀土萃取分离工艺中，能采用两出口萃取分离工艺，尽量不采用三出口或多出口萃取分离工艺，使工艺设计更加简化，工艺更加稳定、更易操作、更易保证产品质量.

4 结束语

模糊联动萃取是当前国内最先进的稀土萃取分离工艺技术.近年来，该工艺技术获得成功并日趋完善，在稀土分离企业广泛推广应用，使我国稀土萃取分离工艺更加优化.节约了酸碱，降低了成本；分离效果好，产品质量高；在相同分离能力、相同产品结构和质量水平下，萃取槽总容积比传统萃取分离工艺小，减少了有机相和稀土的存槽量，节省了投资和充槽费；或在相同体积萃取槽时，可提高处理能力.其技术经济效果显著，特别是对于中重稀土含量较高的南方离子型混合稀土的全分离，采用模糊联动萃取新技术，其节约酸碱降低成本的效果更为显著.

[1]徐光宪.稀土（上）：第2版[M].北京：冶金工业出版社，1995.

[2]严纯华，廖春生，贾江涛.中钇富铕稀土矿萃取分离流程的经济技术指标比较[J].中国稀土学报，1999，17（3）：256.

[3]杨凤丽.高钇重稀土分离工艺优化研究[D].赣州：南方冶金学院，2001.

[4]邓佐国，徐廷华，杨凤丽.混合轻稀土萃取分离工艺优化研究[J].江西有色金属，2003，17（1）：29-30.

[5]杨凤丽，邓佐国，徐廷华.环烷酸萃取钇工艺中存在的问题及优化措施[J].湿法冶金，2005，24（3）：139-142.

Interpretations of fuzzy linkage extraction technology

DENG Zuo-guo1,XU Ting-hua1,HU Jian-kang2,YANG Feng-li1

(1.School of Rare Earth Engineering，Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China;2.Longnan Heli Rare Earth Smelting Co.Ltd.,Ganzhou 341000,China)

This paper introduces the concept,process theory and basic features of fuzzy linkage extraction on the basis of the interpretation of this new technology.Research and practice show that the new technology of fuzzy linkage extraction has the adavantage of reducing the amount of acid and alkali,good separation effect and saving investment.

fuzzy linkage extraction;technology;interpretation

TF845

A

1674-9669（2012）01-0010-03

2011-11-12

邓佐国（1941- ），男，教授，主要从事稀土冶金教学和科研工作，E-mail：scdzy@163.com.